CN101534462A - 用于声频信号到达同步的偏移障板 - Google Patents

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Abstract

一种提供在扬声器中用于声频信号到达同步的偏移障板。该扬声器包括外壳。该外壳包括与水平轴或水平面成角度的第一侧。该第一侧包括上部和下部。该上部和下部沿第一方向彼此偏移第一偏移量且沿第二方向彼此偏移第二偏移量。该第一和第二偏移量限定出在第一侧的宽度上延伸的通路。该通路位于低频换能器的上方并且位于高频换能器的下方。低频换能器和高频换能器分别被安装到下部和上部并且生成位于第一和第二频率范围内的第一和第二声频信号。使低频换能器和高频换能器沿第一方向移位第一偏移量并且沿第二方向移位第二偏移量，以调整低频换能器声源位置和高频换能器声源位置。配置上部和下部，以使得第一和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。

Description

用于声频信号到达同步的偏移障板
背景技术
本发明涉及音频扬声器。扬声器是产生某一频率范围的声频信号的机电设备，该频率范围至少部分地取决于该扬声器中所使用的一种或多种类型的驱动器。术语“扬声器”可以指具有单个驱动器、多个驱动器的设备，或者可以指包括一个或多个驱动器、外壳和诸如分频(crossover)电路的附加组件的设备。通常，期望扬声器在人类能够听得见的整个频带上产生声频输出。有时，将从大约20Hz到大约20kHz的“平坦”输出认为是扬声器具有的理想特性。然而，在实际情况中，扬声器的声频输出经常在一个或多个频率处或者在一个或多个带上被削弱。
发明内容
尽管已知并提出了扬声器的各种理想工作特性，但是，在实际应用中，实现这些理想工作特性并不总是可能的，尤其是在考虑成本或其它约束条件时。
在一个实施例中，本发明提供一种扬声器，该扬声器能够以很少的成本或者以没有增加的成本来实现改进的频率响应。该扬声器包括外壳。该外壳包括与水平轴或水平面成角度的第一侧。该第一侧包括上部和下部。该上部和下部沿第一方向彼此偏移第一偏移量并且沿第二方向彼此偏移第二偏移量。沿所述第一方向的所述第一偏移量与沿所述第二方向的所述第二偏移量限定出在该第一侧的宽度上延伸的通路(vent)。该通路位于低频换能器的上方并且位于高频换能器的下方。该低频换能器被安装到下部并且用于生成位于第一频率范围内的第一声频信号。该高频换能器被安装到上部并且用于生成位于第二频率范围内的第二声频信号。使低频换能器和高频换能器沿所述第一方向移位所述第一偏移量并且沿所述第二方向移位所述第二偏移量，以调整低频换能器声源位置和高频换能器声源位置。配置该上部和下部，以使得第一声频信号到达时间和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
在另一实施例中，本发明提供一种包括外壳的地面监听扬声器。该外壳包括与水平轴成第一角度的下障板以及与该水平轴成第二角度的上障板。该下障板和上障板沿第一方向彼此偏移第一偏移量并且沿第二方向彼此偏移第二偏移量。该第一偏移量和第二偏移量限定出在该第一侧的宽度上延伸的通路。该通路位于低音单元的上方并且位于喇叭的下方。该低音单元被安装到下障板并且用于生成位于第一频率范围内的第一声频信号。该喇叭被安装到上障板并且用于生成位于第二频率范围内的第二声频信号。使所述低音单元和所述喇叭沿所述第一方向移位所述第一偏移量并且沿所述第二方向移位所述第二偏移量，以调整低音单元声源位置和喇叭声源位置。调整所述低音单元声源位置和所述喇叭声源位置，以使得第一声频信号到达时间和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
在再一实施例中，本发明提供一种使位于各自声源处的至少两个声频信号同步的方法。该方法包括：设置下障板，使该下障板与水平轴成第一角度；设置上障板，使该上障板与该水平轴成第二角度；将低音单元安装到下障板；并且将喇叭安装到上障板。该方法包括通过使下障板和上障板沿第一方向移位第一偏移量并且沿第二方向移位第二偏移量来调整低音单元声源位置和喇叭声源位置。该方法还包括设置上障板和下障板，以使得在该上障板和下障板之间存在通路。该方法还包括在低音单元处生成位于第一频率范围内的第一声频信号，在喇叭处生成处于第二频率范围的第二声频信号，并且使第一声频信号到达时间与第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
下面，将参照附图对本发明的其它方面进行详细描述。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的扬声器。
图2示出了图1中的扬声器，其中去除了扬声器格栅。
图3示出了根据本发明实施例的图1中的扬声器，其中去除了侧面板。
图4示出了根据本发明实施例的图1中的扬声器的侧视图。
图5示出了图1中的扬声器的低频响应曲线和高频响应曲线。
图6示出了图5的低频响应曲线和高频响应曲线的反相位求和结果。
图7示出了图5的低频响应曲线和高频响应曲线的同相位求和结果。
具体实施方式
在对本发明的实施例进行详细说明之前，应当理解，本发明在其应用中并不局限于下文中所描述的或附图中所示出的结构细节和组件设置。本发明可以具有其它实施例，并且能够以各种方式实现或实施。
图1示出了扬声器10，其包括扬声器外壳20。根据扬声器类型，扬声器10包括能够再现位于特定频率范围、频带或带宽内的一个或多个声频信号的一个或多个驱动器(或换能器)。如下文中所描述的，在所示的实施例中，扬声器10包括低频驱动器(或低音单元)和高频驱动器(喇叭或喇叭高音单元)。在其它实施例中，可以使用附加驱动器或替代驱动器。图1中的扬声器10是一种地面监听扬声器，其被设计以向上朝向例如位于舞台上并且例如处于站立位置的表演者或音乐家发射或发出声音。在其它实施例中，可以设计扬声器10以向听众发射或发出声音。
在本发明的一些实施例中，外壳20包括扬声器格栅15。扬声器格栅15例如是安装在扬声器驱动器(即，低音单元、高音单元等)或扬声器10的其它组件上方的硬的或软的格栅。扬声器格栅15可以覆盖有能够允许声音通过并且同时保护扬声器驱动器和扬声器10的其它组件免受灰尘、污垢和物理损害的织物。在一个实施例中，扬声器格栅15由金属(或类似物，相对较硬并且坚固的材料)制成并且包括肋脊16。肋脊16为扬声器格栅15提供附加的强度和硬度。肋脊16还降低扬声器格栅15的挠曲以及该扬声器格栅15中的震动。在一些实施例中，肋脊16去除了对中心支架的需要，在许多情况中，需要中心支架为扬声器格栅提供必要的支撑和强度。在不需要附加支撑的情况下，减小了外壳20的深度并且缩短了制造时间。除了图1中所示的美观形式之外，肋脊16还可以采用许多形式。除了图1中所示的肋脊16的弓形或正弦形状之外，该肋脊16还可以例如具有三角形、矩形或梯形形状。替代图中所示的一个肋脊16，也可以具有在扬声器格栅15上设置的多于一个的肋脊16。在多于一个肋脊16的情况下，可以按照彼此平行的方式，或者以彼此成角度或成字母形状的方式设置肋脊16。
扬声器10还包括脉线(vein line)18。脉线18围绕外壳20而从前到后延伸，与插入到侧面板上相对。在一些实施例中，扬声器外壳20不包括扬声器格栅15。
在继续描述扬声器10之前，注意到这里所使用的术语“信号”描述了包括单个频率的信号或包括多个频率的信号。例如，为了书写简单，这里有时将换能器描述为产生“声频信号”。然而，在实际应用中，换能器可以产生多个声频信号；例如，再现音乐所需的全部或部分声频。因此，不必将对“信号”或类似术语的表述解释为局限于仅由例如400Hz的音调的一个频率组成的信号。作为替代，应该意识到，术语信号可能包括多个频率分量。所以，例如，声频信号或低音单元的输出可以包括位于大约50Hz和大约1.8kHz之间的频率。
如图2中所示，外壳20的第一侧30包括上部35(有时将其称为障板35)和下部40(类似地，在一些情况下将其称作障板)。将高频换能器45安装到上部35，并且将低频换能器50安装到下部40。在上部35和下部40之间形成通路55。上部35和下部40沿多个方向彼此偏移(或隔开)。在一些实施例中，上部35和下部40由隔声(sound blocking)材料构成，例如以木材、木材复合材料或塑料为例。当上部35和下部40由隔声材料构成时，该上部35和下部40是障板。结果，下障板35和上障板40用于降低外壳20内侧的声波振幅并降低回响。低频换能器50是低音单元、次低音单元或类似物。低频换能器用于生成位于第一频率范围内的第一声频信号。高频换能器45是喇叭、压缩驱动器、高音单元或类似物。高频换能器用于生成位于第二频率范围(例如，1.8kHz到20kHz)内的第二声频信号。一组缓冲器60用于定位格栅15。
除了上述组件，扬声器外壳20还包括分频电路80，如图3中所示。该分频电路80包括滤波器网络，该滤波器网络用于在将从声源接收的电信号(例如，来自混合控制台、音频功率放大器或其它源的放大信号)发送到扬声器10的换能器(即，高频换能器45和低频换能器50)之前，将该电信号分成预定频带内的两个或多个信号。分频电路80将电信号划分或分割到多个频带。例如，分频电路80将该电信号划分到高频带和低频带。将电信号的高频带发送到高频换能器45，并将电信号的低频带发送到低频换能器50。
分频电路80可以是无源分频电路或有源分频电路。无源分频电路由诸如电阻、电感和电容的无源组件构成以生成一个或多个无源滤波器。有源分频电路由诸如运算放大器或需要功率源的组件的有源组件构成。在许多情况中，有源分频电路对于每个输出频带都需要功率放大器。例如，如果扬声器10包括低频换能器50和高频换能器45，则包括功率放大器用于分频电路80的高频带和低频带输出。功率放大器位于分频电路80以及高频换能器45和低频换能器50之间。在其它实施例中，可以使用其它类型的分频电路。
在所示的实施例中，下障板40由横梁85支撑并且延伸超出该横梁85。横梁85横跨第一侧30的宽度并且为外壳20提供结构支撑。构造下障板40，以使得其适配在高频换能器45的一部分周围。在示例性实施例中，下障板40包括U形轮廓或上边缘。在其它实施例中，下障板40可以具有其它形式的轮廓。可选择地，可以设计下障板40的尺寸，以使得其不延伸超出横梁85并且具有笔直的上边缘。下障板的尺寸和轮廓影响通路55的尺寸和形状。通路55允许声频信号穿出外壳20并且增强扬声器10的低频响应。可以使用障板40和障板35的不同配置以改变通路55的形状和尺寸。
图4示出了扬声器10的侧视图。外壳20的第一侧30与水平轴或水平面成角度A90。在图中，示出了X轴95。也可以参照垂直轴或垂直面(图中示出了Y轴100)测量该角度。在一些实施例中，下障板40和上障板35参照X轴95和Y轴100处于不同的角度。将低频换能器50和高频换能器45分别安装到下障板40和上障板35。低频换能器中心轴105和高频换能器中心轴110分别与下障板40和上障板35垂直。此外或可选择地，低频换能器中心轴105和高频换能器中心轴110彼此平行。在其它实施例中，低频换能器中心轴105和高频换能器中心轴110既不与下障板40和上障板35垂直，也不彼此平行。
下障板40和上障板35在垂直方向上和在深度方向上都偏移。例如，下障板40和上障板35在与角度A90垂直的方向上偏移第一距离115，上障板35位于下障板40的前面。下障板40和上障板35也在与角度A90平行的方向上偏移第二距离120。结果，下障板40和上障板35在垂直方向上和深度上都偏移。从而，与上障板35和下障板40共面相比，高频换能器中心轴110和低频换能器中心轴105彼此更加接近。
低频换能器声源125和高频换能器声源130是分别从低频换能器50和高频换能器45发出声波的点。在本发明的一些实施例中，低频换能器声源125和高频换能器声源130不共面。在其它实施例中，低频换能器声源125和高频换能器声源130共面。使用上障板35和下障板40来调整低频换能器声源位置和高频换能器声源位置，以使低频换能器声频信号到达时间和高频换能器声频信号到达时间在例如舞台上的位置、房间中的位置或音乐会大厅中的位置的听音区域中同步。在远场或听音区域中对声频信号到达时间的时域测量用于检验低频换能器声频信号到达时间和高频换能器声频信号到达时间同步。
第一偏移量115和第二偏移量120还限定出位于下障板40和上障板35之间的通路55。如上所述，通路55在第一侧30的宽度上延伸。设计通路55、第一偏移量115和第二偏移量120以使换能器的不同组合的声频信号到达时间同步并且调谐外壳的赫姆霍兹频率。在上述实施例中，设计用于低音单元(低频换能器)50和喇叭(高频换能器)45的通路55、第一偏移量115和第二偏移量120。在其它实施例中，使用不同的换能器。
图5输出了扬声器10的实施例的低频响应曲线150和高频响应曲线155。图6示出了图5的扬声器10的低频响应曲线150和高频响应曲线155的反相位求和频率响应曲线160。以对数刻度绘制频率响应曲线，并且该频率响应曲线通过大致20Hz到大致20kHz的典型人类听觉范围示出了扬声器10的频率响应。频率响应曲线160包括低频响应带165、高频响应带170和交叉(crossover)频率响应带175。频率响应曲线160示出了在大致1.8kHz的交叉频率处的明显凹陷。在反相位求和频率响应曲线160的交叉频率响应带175中的凹陷指示在低频换能器声源和高频换能器声源处的低频换能器声频信号和高频换能器声频信号的精确的到达时间同步。
图7示出了图5的扬声器10的低频响应曲线150和高频响应曲线155的同相位求和结果。在求和时，扬声器10的低频响应曲线150和高频响应曲线155产生同相位频率响应曲线180。同相位频率响应曲线180通过交叉频率响应带175示出了平坦的频率响应(在±3分贝内)。该平坦的频率响应指示低频响应曲线150和高频响应曲线155的接近理想的求和。结果，在许多情况中，与不包括上述特征的扬声器相比，扬声器10能够产生具有更高保真度的声音。如所示出的，使上障板35和下障板40沿第一方向移位第一偏移量并且沿第二方向移位第二偏移量，以调整低频换能器声源位置和高频换能器声源位置。配置上障板和下障板，以使得低频换能器声频信号到达时间和高频换能器声频信号到达时间同步。通路55在扬声器外壳20的第一侧30的宽度上延伸，以增强扬声器10的低频响应。
从而，本发明提供一种扬声器，该扬声器具有偏移的上障板和下障板，以同步来自低频换能器和高频换能器的声频信号的到达时间。权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (21)

1、一种扬声器，包括：
外壳，所述外壳包括与水平轴成角度的第一侧，所述第一侧包括上部和下部，所述上部和所述下部沿第一方向彼此偏移第一偏移量并且沿第二方向彼此偏移第二偏移量，沿所述第一方向的所述第一偏移量以及沿所述第二方向的所述第二偏移量限定出在所述第一侧的宽度上延伸的通路，所述通路位于低频换能器的上方并且位于高频换能器的下方；
安装到所述下部的所述低频换能器，所述低频换能器用于生成位于第一频率范围内的第一声频信号；
安装到所述上部的所述高频换能器，所述高频换能器用于生成位于第二频率范围内的第二声频信号；
使所述低频换能器和所述高频换能器沿所述第一方向移位所述第一偏移量并且沿所述第二方向移位所述第二偏移量，以调整低频换能器声源位置和高频换能器声源位置；以及
配置所述上部和所述下部，以使得第一声频信号到达时间和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
2、根据权利要求1所述的扬声器，还包括低频换能器轴和高频换能器轴，其中，所述低频换能器轴和所述高频换能器轴平行。
3、根据权利要求1所述的扬声器，还包括低频换能器轴和高频换能器轴，其中，所述低频换能器轴和所述高频换能器轴分别与所述下部和所述上部垂直。
4、根据权利要求1所述的扬声器，其中，所述下部是下障板，并且所述上部是上障板。
5、根据权利要求1所述的扬声器，还包括滤波器网络。
6、根据权利要求5所述的扬声器，其中，所述滤波器网络是无源分频电路。
7、根据权利要求5所述的扬声器，其中，所述滤波器网络是有源分频电路。
8、根据权利要求1所述的扬声器，其中，沿所述第一方向的所述第一偏移量是垂直偏移量，并且沿所述第二方向的所述第二偏移量是深度偏移量。
9、一种扬声器，包括：
外壳，所述外壳包括下障板和上障板，所述下障板和所述上障板沿第一方向彼此偏移第一偏移量并且沿第二方向彼此偏移第二偏移量，沿所述第一方向的所述第一偏移量与沿所述第二方向的所述第二偏移量限定出在所述外壳的宽度上延伸的通路，所述通路位于低音单元的上方并且位于喇叭的下方；
安装到所述下障板的所述低音单元，所述低音单元用于生成位于第一频率范围内的第一声频信号；
安装到所述上障板的所述喇叭，所述喇叭用于生成位于第二频率范围内的第二声频信号；
使所述低音单元和所述喇叭沿所述第一方向移位所述第一偏移量并且沿所述第二方向移位所述第二偏移量，以调整低音单元声源位置和喇叭声源位置，调整所述低音单元声源位置和所述喇叭声源位置，以使得第一声频信号到达时间和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
10、根据权利要求9所述的扬声器，其中，由于沿所述第一方向的所述第一偏移量和沿所述第二方向的所述第二偏移量，所述第一声频信号和所述第二声频信号分别同时到达所述低音单元声源和所述喇叭声源。
11、根据权利要求9所述的扬声器，还包括低音单元轴和喇叭轴，其中，使所述低音单元轴和所述喇叭轴平行。
12、根据权利要求9所述的扬声器，还包括低音单元轴和喇叭轴，其中，所述低音单元轴和所述喇叭轴分别与所述下障板和所述上障板垂直。
13、根据权利要求9所述的扬声器，还包括滤波器网络。
14、根据权利要求13所述的扬声器，其中，所述滤波器网络是无源分频电路。
15、根据权利要求13所述的扬声器，其中，所述滤波器网络是有源分频电路。
16、根据权利要求9所述的扬声器，其中，沿所述第一方向的所述第一偏移量是垂直偏移量，并且沿所述第二方向的所述第二偏移量是深度偏移量。
17、一种使位于各自声源处的至少两个声频信号同步的方法，所述方法包括如下步骤：
设置下障板，使所述下障板与水平轴成第一角度；
设置上障板，使所述上障板与所述水平轴成第二角度；
将低音单元安装到所述下障板；
将喇叭安装到所述上障板；
通过使所述下障板和所述上障板沿第一方向移位第一偏移量并且沿第二方向移位第二偏移量，来调整低音单元声源位置和喇叭声源位置；
设置所述上障板和所述下障板，以使得在所述上障板和所述下障板之间存在通路；
在所述低音单元处生成位于第一频率范围内的第一声频信号；
在所述喇叭处生成位于第二频率范围内的第二声频信号；
使第一声频信号到达时间和第二声频信号到达时间在听音区域中同步。
18、根据权利要求17所述的方法，还包括设置低音单元轴和喇叭轴，所述低音单元轴与所述喇叭轴平行。
19、根据权利要求17所述的方法，还包括：
设置低音单元轴，使所述低音单元轴与所述下障板垂直；
设置喇叭轴，使所述喇叭轴与所述上障板垂直。
20、根据权利要求17所述的方法，其中，使所述下障板和所述上障板沿所述第一方向移位所述第一偏移量并且沿所述第二方向移位所述第二偏移量的步骤包括：在垂直方向上和深度方向上使所述下障板和所述上障板偏移。
21、根据权利要求17所述的方法，其中，将所述下障板设置为处于所述第一角度和将所述上障板设置为处于所述第二角度的步骤包括：将所述下障板和所述上障板设置为处于相同的角度。
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